第六章 颗粒污染物控制技术基础和除尘装置

第三节 湿式除尘器
使含尘气体与液体 （一般为水）密切接触，利用水滴和尘粒的 惯性碰撞及其它作用捕集尘粒或使粒径增大的装置
可以有效地除去直径为0.1～20μm的液态或固态粒子，亦能脱 除气态污染物
高能和低能湿式除尘器
➢ 低能湿式除尘器的压力损失为0.2～1.5kPa，对10μm以上粉尘的净 化效率可达90％～95%
斯托克斯直径和空气动力学当量直径与颗粒的空气动力学行为密 切相关，是除尘技术中应用最多的两种直径
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颗粒的直径
粒径的测定结果与颗粒的形状有关 通常用圆球度表示颗粒形状与球形不一致的程度 圆球度：与颗粒体积相等的球体的表面积和颗粒的表
面积之比Φs（ Φs<1） 正立方体Φs＝0.806，圆柱体Φs＝2.62(l/d)2/3/(1+2l/d)(直
实际颗粒的形状多是不规则的，所以需要按一定的方法 确定一个表示颗粒大小的代表性尺寸，作为颗粒的直径， 简称为粒径。
一般将粒径分为反映单个颗粒的单一粒径和反映由不同 颗粒组成的颗粒群的平均粒径。
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第一节 颗粒的粒径及粒径分布
颗粒的粒径
➢ 显微镜法
✓ 定向直径dF（Feret 直径）：各颗粒在投影图中同一方 向上的最大投影长度
0.3～1.5
压力损失/Pa 100～500 1000～2500 1200～1500 500～1500 0～150
3000～8000
分割直径 /μm 3.0 1.0 1.0 0.2
0.2
0.1
湿式除尘器的优点
在耗用相同能耗时，比干式机械除尘器高。高能耗湿式除尘
器清除0.1m以下粉尘粒子，仍有很高效率
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除尘装置
1. 机械除尘器 2. 电除尘器 3. 湿式除尘器 4. 过滤式除尘器 5. 除尘器的选择与发展
除尘装置
从气体中除去或收集固态或液态粒子的设备称为除尘装置 ➢ 湿式除尘装置 ➢ 干式除尘装置
按分离原理分类 ： ➢ 重力除尘装置（机械式除尘装置） ➢ 惯性力除尘装置（机械式除尘装置） ➢ 离心力除尘装置（机械式除尘装置） ➢ 洗涤式除尘装置 ➢ 过滤式除尘装置 ➢ 电除尘装置 ➢ 声波除尘装置
➢ 自燃 存放过程中自然发热 燃烧
热量积累
达到燃点
➢ 自然发热的原因: 氧化热、分解热、聚合热、发 酵热
➢ 影响因素：粉尘的结构和物化特性、粉尘的存在 状态和环境
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粉尘的爆炸性
粉尘发生爆炸必备的条件：
➢ 可燃物与空气或氧气构成的可燃混合物达到一定 的浓度
✓ 最低可燃物浓度－爆炸浓度下限 ✓ 爆炸浓度上限
可与静电除尘器和布袋除尘器相比，而且还可适用于它们不
能胜任的条件，如能够处理高温，高湿气流，高比电阻粉尘， 及易燃易爆的含尘气体 在去除粉尘粒子的同时，还可去除气体中的水蒸气及某些气态 污染物。既起除尘作用，又起到冷却、净化的作用
湿式除尘器的缺点
排出的污水污泥需要处理，澄清的洗涤水应重复回用 净化含有腐蚀性的气态污染物时，洗涤水具有一定程度的
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颗粒的直径
➢ 筛分法
✓ 筛分直径：颗粒能够通过的最小方筛孔的宽度 ✓ 筛孔的大小用目表示－每英寸长度上筛孔的个数
➢ 光散射法
✓ 等体积直径dV：与颗粒体积相等的球体的直径
➢ 沉降法
✓ 斯托克斯（Stokes）直径ds：同一流体中与颗粒密度相 同、沉降速度相等的球体直径
✓ 空气动力学当量直径da：在空气中与颗粒沉降速度相等 的单位密度（1g/cm3）的球体的直径
第一节 机械除尘器
机械除尘器通常指利用质量力（重力、惯性力和离心 力）的作用使颗粒物与气体分离的装置，常用的有：
➢ 重力沉降室 ➢ 惯性除尘器 ➢ 旋风除尘器
重力沉降室
重力沉降室是通过重力作用使尘粒从气流中沉降分离 的除尘装置
气流进入重力沉降室后，流动截面积扩大，流速降低，较重颗粒 在重力作用下缓慢向灰斗沉降
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粉尘的荷电性和导电性
粉尘的导电性
比电阻
d
V
j
(Ω cm)
➢ 比电阻对电除尘器运行有很大影响，最适宜范围104～1010 cm
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粉尘的粘附性
粘附和自粘现象：粉尘颗粒附着在固体表面上，或者颗粒彼 此相互附着的现象。
粘附力: 克服附着现象所需要的力
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粉尘的自燃性和爆炸性
粉尘的自燃性
电除尘器的工作原理
正极是收集极
荷电粒子
负极是放电极
含尘气流 未荷电粒子
粒子吸引到收集极 上并形成灰尘层
电除尘器
电除尘器的主要优点 ➢ 压力损失小，一般为200～500Pa ➢ 能耗低，大约0.2～0.4kWh/1000m3 ➢ 处理烟气量大，可达105～106m3/h ➢ 对细粉尘有很高的捕集效率，可高于99％ ➢ 可在高温或强腐蚀性气体下操作
➢ 存在能量足够的火源
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第三节 净化装置的性能
评价净化装置性能的指标 ➢ 技术指标
✓ 处理气体流量：处理气体能力大小 ✓ 净化效率：装置净化污染物效果 ✓ 压力损失：装置能耗大小
➢ 经济指标
✓ 设备费 ✓ 运行费 ✓ 占地面积
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净化装置技术性能的表示方法
处理气体流量
QN
1 2
(Q 1N
Q2N )
(mN3/s)
➢ 漏风率
Q1N Q2N 100 (%)
Q1N
压力损失
P v12
(Pa)
2
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颗粒捕集的理论基础
除尘过程的机理：对颗粒施加外力使颗粒相对气流产生 一定位移并从气流中分离
颗粒捕集过程中需要考虑的作用力：外力、流体阻力、 颗粒间相互作用力
➢ 外力：重力、离心力、惯性力、静电力等 ➢ 颗粒间相互作用力：颗粒浓度不高时可以忽略
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粉尘的含水率
粉尘中的水分包括附在颗粒表面和包含在凹坑和细孔中的 自由水分以及颗粒内部的结合水分
含水率: 水分质量与粉尘总质量之比 含水率影响粉尘的导电性、粘附性、流动性等物理特性 吸湿现象 平衡含水率：气体的每一相对湿度，都相对应于粉尘的一
定的含水率，后者称为粉尘的平衡含水率。
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粉尘的润湿性
惯性除尘器
结构形式
➢ 冲击式－气流冲击挡板捕集较粗粒子 ➢ 反转式－改变气流方向捕集较细粒子
冲击式惯性除尘装置 a单级型 b多级型
反转式惯性除尘装置 a 弯管型 b 百叶窗型 c 多层隔板型
惯性除尘器
应用
➢ 一般净化密度和粒径较大的金属或矿物性粉尘 ➢ 净化效率不高，一般只用于多级除尘中的一级除尘，
径为d,高为l)
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颗粒的直径
某些颗粒的圆球度
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粒径分布
粒径分布指不同粒径范围内颗粒的个数（或质量或表面积） 所占的比例
粒数分布:每一间隔内的颗粒个数 粒数频率：第i个间隔中的颗粒个数ni与颗粒总数Σni之比
fi
ni
N
ni
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第二节 粉尘的物理性质
粉尘的密度
➢ 单位体积粉尘的质量，kg/m3或g/cm3 ➢ 粉尘体积不包括颗粒内部和之间的缝隙－真密度 p ➢ 用堆积体积计算——堆积密度 b ➢ 空隙率——粉尘颗粒间和内部空隙的体积与堆积总体
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粉尘的荷电性和导电性
粉尘的荷电性 ➢ 天然粉尘和工业粉尘几乎都带有一定的电荷 ➢ 荷电因素－电离辐射、高压放电、高温产生的离子或电 子被捕获、颗粒间或颗粒与壁面间摩擦、产生过程中荷 电 ➢ 天然粉尘和人工粉尘的荷电量一般为最大荷电量的1/10 ➢ 荷电量随温度增高、表面积增大及含水率减小而增加， 且与化学组成有关
➢ 高能湿式除尘器的压力损失为2.5～9.0kPa，净化效率可达99.5％以 上
湿式除尘器
喷雾剂
切向
消雾器 入口
气体分 流板
喷雾管
喷雾塔
旋风喷雾塔
湿式除尘器
碰撞洗涤器
碰撞挡板
文丘里洗涤器
湿式除尘器
根据湿式除尘器的净化机理，大致分为 ➢ 重力喷雾洗涤器 ➢ 旋风洗涤器 ➢ 自激喷雾洗涤器 ➢ 板式洗涤器 ➢ 填料洗涤器 ➢ 文丘里洗涤器 ➢ 机械诱导喷雾洗涤器
旋风除尘器气流与尘粒的运动
旋风除尘器内气流与尘粒的运动（续）
➢到达外壁的尘粒在气流和重力共同作 用下沿壁面落入灰斗
➢上涡旋－气流从除尘器顶部向下高速 旋转时，一部分气流带着细小的尘粒 沿筒壁旋转向上，到达顶部后，再沿 排出管外壁旋转向下，最后从排出管 排出
第二节 电除尘器
旋风除尘器对于 dp < 5μm的粒子效率低，必须借助外力 （电场力等）捕集更小的粒子
一、 大气污染物 气溶胶状态污染物（颗粒污染物） 粉尘（Dust，1~200μm）：
TSP—悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤100μm的 颗粒物 PM10—悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤10μm的 颗粒物（飘尘或可吸入粒子） PM2.5—悬浮在空气中，空气动力学当量直径≤2.5μm的 颗粒物（细颗粒物，可入肺颗粒物）
原理：使尘粒荷电并在电场力的作用下沉积在集尘极上 与其他除尘器的根本区别在于，分离力直接作用在粒子
上，而不是作用在整个气流上 具有耗能小、气流阻力小的特点
电除尘器
集尘器控制器
集尘器
四点支持系统 内部分流装置 卸载钢架
放电板 集尘板
电除尘器的பைடு நூலகம்作原理
三个基本过程 ➢ 悬浮粒子荷电----用高压直流电晕 ➢ 带电粒子在电场内迁移和捕集-----使带电粒子通过 延续的电晕电场（单区电除尘器）或光滑的不放电的 电极之间的纯静电场（双区电除尘器） ➢ 捕集物从集尘表面上清除----通过振打除去接地电极 上的粉尘层并使其落入灰斗
积之比 ε
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粉尘的安息角与滑动角
安息角：粉尘从漏斗连续落下自然堆积形成的圆锥体母线 与地面的夹角
滑动角：自然堆积在光滑平板上的粉尘随平板做倾斜运动 时粉尘开始发生滑动的平板倾角
安息角与滑动角是评价粉尘流动特性的重要指标 安息角和滑动角的影响因素：粉尘粒径、含水率、颗粒形
状、颗粒表面光滑程度、粉尘粘性
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气溶胶状态污染物（颗粒污染物）
烟/烟尘(fume, 0.01~1μm)：冶金过程形成的固体颗粒， 氧化铅烟、氧化锌烟等。 飞灰(fly ash)：燃料燃烧产生的烟气排出的分散得较细 的粒子。 雾(fog)：气体中液滴悬浮体的总称。 霾或灰霾（haze）：霾天气是大气中悬浮的大量微小尘 粒使空气浑浊，能见度低到10 km以下的天气现象，易 出现在逆温、无风、相对湿度较大等气象条件下。若能 见度恶劣到1-2 km，称为灰霾。
✓ 定向面积等分直径dM（Martin直径）：各颗粒在投影图 中同一方向将颗粒投影面积二等分的线段长度
✓ 投影面积直径dA（Heywood直径）：与颗粒投影面积相 等的圆的直径
Heywood测定分析表明，同一颗粒的dF>dA>dM
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颗粒的直径
显微镜法观测粒径直径的三种方法
a-定向直径 b-定向面积等分直径 c-投影面积直径
捕集10～20µm以上的粗颗粒 ➢ 压力损失100～1000Pa
旋风除尘器
利用旋转气流产生的离心力使尘粒从气流中分离的装置 旋风除尘器内气流与尘粒的运动
➢普通旋风除尘器是由进气管、筒 体、锥体和排气管等组成 ➢气流沿外壁由上向下旋转运动： 外涡旋 ➢少量气体沿径向运动到中心区域 ➢旋转气流在锥体底部转而向上沿 轴心旋转：内涡旋
润湿性－粉尘颗粒与液体接触后能够互相附着或附着的难易程 度的性质
润湿性与粉尘的种类、粒径、形状、生成条件、组分、温度、 含水率、表面粗糙度及荷电性有关，还与液体的表面张力及尘 粒与液体之间的粘附力和接触方式有关。
粉尘的润湿性随压力增大而增大，随温度升高而下降 润湿性是选择湿式除尘器的主要依据 亲水性粉尘，憎水性粉尘
重力沉降室
重力沉降室的优点 ➢ 结构简单 ➢ 投资少 ➢ 压力损失小（一般为50～100Pa） ➢ 维修管理容易
缺点 ➢ 体积大 ➢ 效率低 ➢ 仅作为高效除尘器的预除尘装置，除去较大和较重的 粒子
惯性除尘器
机理
➢ 沉降室内设置各种形式的挡板，含尘气流冲击在挡板上， 气流方向发生急剧转变，借助尘粒本身的惯性力作用， 使其与气流分离
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颗粒污染物控制技术
1.粉尘的粒径及粒径分布 2.粉尘的物理性质 3.净化装置的性能 4.颗粒捕集理论基础
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第一节 颗粒的粒径及粒径分布
大气污染中涉及到的颗粒物，一般指粒径介于0.01～ 100µm的粒子。颗粒的大小不同，其物理、化学特性不 同，对人和环境的危害亦不同，而且对除尘装置的影响 甚大，因此颗粒的大小是颗粒物的基本特性之一。
湿式除尘器
主要湿式除尘装置的性能和操作范围
装置名称 喷淋塔 填料塔
旋风洗涤器 转筒洗涤器
气体流速 /m∙s-1
0.1～2 0.5～1 15～45 （300～750r/min）
冲击式洗涤器
10～20
液气比 /l ∙ m-3 2～3 2～3 0.5～1.5 0.7～2
10～50
文丘里洗涤器
60～90